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如何有效降低汽车模具开发成本?
如何有效降低汽车模具开发成本?

本文主要介绍了汽车厂家在新车型开发过程中,采用何种方式来降低模具的开发成本,并且从产品设计、生产工艺排布和模具设计与制造三个方面进行阐述,以对开发车型的模具投资成本进行控制,以期达到在新车型开发过程中降本增效的目的。

车型开发成本是汽车企业的核心竞争力,要提高汽车企业竞争力就必须重视成本,并想办法降低开发成本,而汽车车身的质量和成本很大程度上在模具开发阶段就基本确定了,此阶段的产品方案、技术方案和模具准备方案就已决定了模具所用材料,模具成本、冲压件材料利用率以及生产效率等。所以在汽车车身冲压件的模具开发阶段进行有效的成本控制是非常必要的。

就如何降低汽车车身模具开发成本,本文主要从产品设计、生产工艺排布和模具设计制造三个方面进行分析。

产品设计

1.SE分析的应用

冲压SE(同步工程)在开发阶段的工作内容及作用在国内外汽车企业中已经得到普遍认可,同步工程已成为汽车开发的一个重要方法,从整个汽车开发周期考虑到产品的所有因素,包括质量、成本以及进度计划等要求。冲压SE工程项目是由具有专业冲压工艺技术人员组成的专门工作组,在整个过程中密切配合其他设计部门严格按照网络计划开展工作,以达到最佳的开发效率,在最短时间内开发出最优的产品


新车开发基本阶段包括参考车分析阶段、模型设计阶段、产品工程化阶段、样车制作阶段以及试生产和小批量生产阶段。

(1)参考车分析阶段

本阶段的主要工作有冲压生产能力规划分析和参考车工艺分析。

①冲压生产能力规划分析 在新产品开发初期,需结合新产品项目预研报告和生产厂家冲压生产线的相关信息,进行生产能力规划分析。

②参考车工艺分析:冲压工艺人员在熟悉参考车结构的基础上,须深入了解车身零件工艺,材料的使用情况及成本,竞争车型的相关情况,其中了解车身零件的工艺是关键,它直接关系到开发过程中的工艺研究。

(2)模型设计阶段

该阶段主要工作有模型分析及主断面分析:

①模型分析包括车身分块线分析,零件表面质量分析,零件特征线分析及冲压工艺性分析,报告对工艺可操作性及造型风格分析起着关键作用,直接影响新车的开发风险;

②主断面分析是产品工程化的基础,造型部门提供车身主断面,冲压SE人员对零件形状进行简化,然后进行冲压成形性研究、冲压方向选择、零件公差分析以及零件R(圆角处半径)分析;要求对冲压工艺难度大的零件做出优化或修改,以免问题遗留到下一开发流程,影响进度。

(3)产品工程化阶段

冲压SE人员从产品品质、模具结构、操作性、生产线布置以及成本等因素出发,对关重零件借助计算机辅助工程(CAE)进行冲压工艺分析,主要工作包括:判断可能产生变形不足的部位及其解决措施;冲击线、滑移线产生部位及其解决措施;起皱产生部位及其解决措施;开裂产生部位及其解决措施;预测可能产生的线偏移;回弹分析及其解决措施;刚性分析;强度分析;扣合性分析;R分析;冲压方向、工序数、加工压力、坯料尺寸以及生产线适应性分析等。

(4)样车制作阶段

能直接验证零件冲压可行性,冲压SE人员重点检查前期SE分析未得到造型部门答复的问题并发现和解决新出现的冲压工艺问题。该阶段的主要工作包括零件强度、刚性分析、零件成形性分析、精度分析、装干涉检查等。生成的样车分析报告反馈到产品设计部门,为模具制作和零件成功生产提供保证。采用SE分析与未采用SE分析问题出现阶段和数量的对比如所示。

2-产品结构的优化

(1)产品形面的优化

①避免拉伸负角 有负角的件不可能一次拉伸完成,负角部分会需要额外的模具和压机,成本上升是很显著的,所以应尽量避免。由于有反弹以及脱模的需要,零角也要避免。

②尽量减少拉伸深度 浅拉伸深度避免使用高价的高性能材料,增加采用高强钢材的可能性,减少废料,减少工续,从而减少模和生产成本。

③尽量增大R角 比较大的R角可能减轻产品局部变形程度,减少缩颈、开裂几率,从而提高产品质量和降低生产成本。

在功能性允许的情况下尽量增大拔模斜度,以利于产品成形并使拔模方便易行。减少卡模的可能性,也减少表面擦伤。具体情况如图2所示, 其中B是推荐的方式,工艺性优于A方式。

(2)产品轮廓的优化

①力求切口平齐,模具的制造和维修保养会容易从而降低费用;

②力求剪切和冲孔是同一方向,避免斜冲,降低模具的制造成本;

③力求孔径规范化,降低模具的制造和维修保养费用;

④只在平面上冲孔,避免在曲面上冲孔,曲面上要有小平台;

⑤要考虑修边刀口和冲头的布置空间,以保证刀口、冲套的空间和强度。

3.钢板材料的选择

高强度板采用率大,可以减少车身钣金件数量,同时相应减少模具开发费用。为通用汽车的某款车采用高强度钢板的材料强度分布图。说明在采用了全新的高强度钢材作为车身制造原料后,新车将会变得比原来更坚固,更节能。在保证足够的稳定性和安全性的情况下,新材料能有效地减低车身的整体重量达13%,从而达到节约能源提高燃油效率的目的。更重要的是,比起铝合金来说这一新强化钢材的性价比会更高。即便不是整车全部采用新材料,整体的燃油使用效率也会提高至少1%。

生产工艺排布

目前,大型汽车企业采用的生产线有两类——手工生产线和自动化生产线。自动化生产线主要有高速线和多工位生产线,因机器人送料要求每序模具送料高度一致,为降低模具开发成本,一些结构较简单的制件尽量安排在联合安装或多工位生产线,可以有效节约模具开发成本和生产成本。而手工生产线模具也可以考虑联合安装,降低模具高度,节约开发成本,可根据生产线和压力机设备进行合理排布,在模具设计制造前选定生产线,从而充分考虑以节省模具开发费用。

模具设计与制造

在模具工法和结构设计时,根据冲压件的难易程度,考虑选择采用拉延工艺还是落料成形工艺,采用拉延工艺的产品质量更优,调试时间更短,而采用落料成形工艺,材料利用率更高,模具结构更简单,成本更低。从降低模具成本考虑,建议考虑落料成形工艺。

在模具工法和结构设计时,尽量采用左右件共模、双槽或一模双腔的方式进行设计制造,不仅可以节省两组导向机构,减轻模具重量,同时还可以提高冲次率,节约模具制造成本和生产成本。左右共模适用于左右对称件,双槽模适用于内外板零件,一模双腔适用于窄长类零件。

在模具工法和结构设计时,针对手工线生产的模具,可以采用诸如空手槽取代气动顶出装置等方式节省模具成本,而部分中小批量的车型进行模具设计时,建议从50万冲次的模具使用寿命变更为30万冲次的模具使用寿命,从而选择对应冲次的模具制造材料,适当减小壁厚,降低成本。

在模具工法和结构设计时,大型覆盖件的工法设计尽量采用单动拉延。相比较而言,单动拉延模比双动拉延模的模具制造技术更成熟,成本也更低。

结语

在汽车市场竞争日益加剧的大环境下,降低汽车制造成本是汽车企业销售利润最直接的保障,而模具制造开发成本又是新车型开发成本中所占比例最大一部分。影响模具制造成本的因素很多,而且每个汽车企业的生产设备和实际情况也不一样,对模具的要求也不一样,本文总结了我公司的一些经验,希望为自主品牌汽车业的同行带来一些帮助。


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